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深度解讀
復(fù)旦大學(xué)課題組成功研制首個全硅激光器
星之球科技 來源:探索黑科技2018-01-18 我要評論(0 )
復(fù)旦大學(xué)光科學(xué)與工程系吳翔教授、陸明教授和光源與照明工程系張樹宇副教授合作團隊,基于所研發(fā)的高增益硅納米晶薄膜,成功研制
復(fù)旦大學(xué)光科學(xué)與工程系吳翔教授、陸明教授和光源與照明工程系張樹宇副教授合作團隊,基于所研發(fā)的高增益硅納米晶薄膜,成功研制出世界上首個全硅激光器。這一成果近期在Science Bulletin以快報形式報道。
(a)DFB全硅激光器的光泵浦和發(fā)光示意圖;插圖:DFB激光器件的實物照片。(b)樣品的PL譜隨泵浦功率的變化;背景:DFB結(jié)構(gòu)的橫截面SEM圖像。
集成硅光電子結(jié)合了當(dāng)今兩大支柱產(chǎn)業(yè)—微電子產(chǎn)業(yè)和光電子產(chǎn)業(yè)—的精華,預(yù)期將在通信、傳感、照明、顯示、成像、檢測等眾多領(lǐng)域帶來新的技術(shù)革命。
硅激光器是實現(xiàn)集成硅光電子的關(guān)鍵。由于硅的間接帶隙結(jié)構(gòu)特性,目前,硅的光增益較之通常的III-V族激光材料,仍有1-2個數(shù)量級的差距。為避開這個瓶頸,國際上將成熟的III-V族激光器制備在硅基片上,成為一種混合的硅基激光器。而以硅自身作為增益介質(zhì)的全硅激光器可以更好地匹配現(xiàn)有硅工藝,大幅提升器件的可靠性,其研制既是科學(xué)技術(shù)上的挑戰(zhàn),也是集成硅光電子所必需。
為了大幅增強硅的光增益,復(fù)旦大學(xué)吳翔教授、陸明教授和張樹宇副教授合作團隊,首先借鑒并發(fā)展了一種高密度硅納米晶薄膜生長技術(shù),由此顯著提高了硅發(fā)光層的發(fā)光強度;之后,為克服通常氫鈍化方法無法充分飽和懸掛鍵缺陷這一問題,他們發(fā)展了一種新型的高壓低溫氫鈍化方法,使得硅發(fā)光層的光增益一舉達到通常III-V族激光材料(如GaAs、InP等)的水平;在此基礎(chǔ)上,他們設(shè)計和制備了相應(yīng)的分布反饋式(DFB)諧振腔,最終成功獲得光泵浦DFB型全硅激光器。光泵浦全硅激光器的研制成功,也為下一步研制電泵浦全硅激光器提供了參考依據(jù)。
實驗發(fā)現(xiàn),隨著高壓低溫氫鈍化的進行,硅發(fā)光層的光增益持續(xù)增強,最終達到GaAs、InP的水平。實驗中還觀察到了滿足激光產(chǎn)生條件的所有判據(jù):閾值效應(yīng)、譜線大幅收窄、偏振效應(yīng)以及定向發(fā)射。激射峰值為770nm波長。之后他們又重復(fù)制備了四個相同結(jié)構(gòu)的激光器。由于各發(fā)光層的有效折射率略有差異,所得到的四個激射峰值波長分布在760-770nm范圍,半峰寬(FWHM)由激射前的約120nm縮小到激射后的7nm。
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